[發(fā)明專利]隧道二極管電路系統(tǒng)在未知測(cè)量噪聲下的狀態(tài)估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010413759.8
• 申請(qǐng)日: 2020-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN111581905A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙順毅;李可;劉飛;欒小麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/367
• 分類號(hào): G06F30/367
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 殷海霞

本發(fā)明公開了一種隧道二極管電路系統(tǒng)在未知測(cè)量噪聲下的狀態(tài)估計(jì)方法，創(chuàng)建非線性隨機(jī)跳變系統(tǒng)模型；使用變分貝葉斯理論將每一模態(tài)下的系統(tǒng)狀態(tài)和測(cè)量噪聲協(xié)方差的聯(lián)合后驗(yàn)分布用兩個(gè)獨(dú)立的分布表示；根據(jù)k時(shí)刻的測(cè)量值對(duì)每一模態(tài)下的粒子權(quán)重和逆伽馬分布參數(shù)進(jìn)行更新；重采樣獲得每一模態(tài)下新的狀態(tài)粒子及權(quán)重，并輸出k時(shí)刻系統(tǒng)各模態(tài)下的狀態(tài)估計(jì)值；根據(jù)系統(tǒng)模態(tài)概率的更新值，將各模態(tài)下的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行融合得到k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值和測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣估計(jì)值。本方明的狀態(tài)估計(jì)方法在測(cè)量噪聲未知的情況下，同時(shí)估計(jì)出系統(tǒng)狀態(tài)以及測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣的準(zhǔn)確估計(jì)使得系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)更加精確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種狀態(tài)估計(jì)方法，具體涉及一種隧道二極管電路系統(tǒng)在未知測(cè)量噪聲下的狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨機(jī)跳變系統(tǒng)作為一類兼具連續(xù)和離散機(jī)制的特殊系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于故障診斷、過程監(jiān)控、目標(biāo)跟蹤、信號(hào)處理以及石油化工等領(lǐng)域。對(duì)于隨機(jī)跳變系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)，由于大多數(shù)狀態(tài)變量是不可測(cè)量的或僅在含有噪聲的環(huán)境中可測(cè)量，因此從觀察結(jié)果中濾除各種隨機(jī)干擾的影響，并獲得其中隱含的測(cè)量估計(jì)值尤其重要。現(xiàn)有的針對(duì)隨機(jī)跳變系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)大都是在系統(tǒng)測(cè)量噪聲已知的情況下進(jìn)行估計(jì)的。然而，在實(shí)際情況下，系統(tǒng)測(cè)量噪聲大都是未知的。測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)信息對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)具有重要影響，對(duì)測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)信息的錯(cuò)誤利用會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的不準(zhǔn)確，甚至是濾波發(fā)散。

隧道二極管作為一種以隧道效應(yīng)電流為主要電流分量的晶體二極管，具有開關(guān)特性好，速度快、工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)，通常應(yīng)用于某些開關(guān)電路或高頻振蕩等電路中。此外，隧道二極管還具有小功耗和低噪聲等特點(diǎn)，適用于衛(wèi)星微波設(shè)備。隧道二極管電路系統(tǒng)作為一種非線性隨機(jī)跳變系統(tǒng)，在測(cè)量噪聲未知的情況下，目前沒有良好的估計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種隧道二極管電路系統(tǒng)在未知測(cè)量噪聲下的狀態(tài)估計(jì)方法，在系統(tǒng)測(cè)量噪聲協(xié)方差未知的情況下，同時(shí)估計(jì)出系統(tǒng)狀態(tài)以及測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種隧道二極管電路系統(tǒng)在未知測(cè)量噪聲下的狀態(tài)估計(jì)方法，一種隧道二極管電路系統(tǒng)在未知測(cè)量噪聲下的狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟，

(1)根據(jù)隧道二極管電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建非線性隨機(jī)跳變系統(tǒng)模型：

x_k＝f_k(x_k-1,r_k)+ω_k (1)；

y_k＝g_k(x_k,r_k)+ν_k (2)；

其中，k為時(shí)間序列，x_k為系統(tǒng)k時(shí)刻狀態(tài)值，y_k為系統(tǒng)k時(shí)刻測(cè)量值，f_k(·)為系統(tǒng)狀態(tài)方程，g_k(·)為系統(tǒng)測(cè)量方程，r_k為k時(shí)刻系統(tǒng)模態(tài)，x_k-1為系統(tǒng)k-1時(shí)刻狀態(tài)值，ω_k為k時(shí)刻過程噪聲，ν_k為k時(shí)刻測(cè)量噪聲；

(2)使用變分貝葉斯理論將每一模態(tài)下的系統(tǒng)狀態(tài)和測(cè)量噪聲協(xié)方差的聯(lián)合后驗(yàn)分布用兩個(gè)獨(dú)立的分布q(·)表示：

其中，為系統(tǒng)k時(shí)刻的模態(tài)為s，y_1:k為從時(shí)刻1到時(shí)刻k的測(cè)量值序列，R_k為系統(tǒng)k時(shí)刻的測(cè)量噪聲協(xié)方差；

并用一組加權(quán)粒子描述所述系統(tǒng)狀態(tài)的概率分布，用逆伽馬分布描述所述測(cè)量噪聲協(xié)方差的概率分布；

(3)k-1時(shí)刻，將系統(tǒng)在每一模態(tài)下的狀態(tài)粒子值進(jìn)行融合，融合后的狀態(tài)粒子值作為k時(shí)刻每一模態(tài)下的狀態(tài)粒子初始值；